КОЛОНКОВЫЕ И ТЕЛЕСКОПНЫЕ ПЕРФОРАТОРЫ.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О БУРИЛЬНЫХ МАШИНАХ УДАРНО-ПОВОРОТНОГО ДЕЙСТВИЯ

Бурильные машины ударно-поворотного действия называют перфораторами. По роду потребляемой энергии перфораторы подразделяют на пневматические, гидравлические, электрические и перфораторы с двигателями внутреннего сгорания (мотоперфораторы). Электрические перфораторы, не получившие распространения на горных и геологоразведочных работах, применяют в строительстве. Гидроперфораторы – перспективные мощные машины, но требуют высокого уровня технологии производства машин и их обслуживания при эксплуатации. В отечественной практике они пока не вышли из стадии опытной эксплуатации. Мотоперфораторы применяют для бурения шпуров при проведении разведочных канав. Основная группа машин ударно-поворотного действия – пневматические перфораторы. Они предназначены для бурения шпуров в породах V–XX категорий.

По назначению и массе пневматические перфораторы подразделяют на переносные (ПП), колонковые (ПК) и телескопные (ПТ). Переносные перфораторы предназначены для бурения шпуров с пневматических поддержек или других установочно-подающих устройств.

Таблица 3 ‑ Техническая характеристика переносных перфораторов

Примечание. Переносные перфораторы изготовляют заводы: Ленинградский «Пневматика», Криворожский горного оборудования «Коммунист», Кыштымский машиностроительный им. М. И. Калинина.

Буквы и их сочетание в марке перфоратора обозначают: В – с осевой промывкой; ВБ – с боковой промывкой; С – для бурения шпуров в обводненных породах при проходке стволов шахт; СВП – для бурения шпуров с интенсивной продувкой и подавлением пыли методом увлажнения.

КОЛОНКОВЫЕ И ТЕЛЕСКОПНЫЕ ПЕРФОРАТОРЫ.

Колонковые перфораторы имеют большую массу, поэтому устанавливаются для бурения шпуров на манипуляторах бурильных установок или распорных колонках.

Колонковые перфораторы применяют для бурения шпуров » горизонтальных и наклонных выработках и реже (при установке их на специальные распорные колонки)–при бурении шпуров, направленных вверх, например, при проходке восстающих или, наоборот, вниз – при проходке стволов шахт.

Телескопные перфораторы применяют для бурения шпуров, направленных вверх, в различных по крепости породах. Особенность конструкции этих перфораторов – наличие специальной пневматической распорной колонки, с помощью которой перфоратор устанавливают под необходимым углом к вертикали и благодаря которой создается требуемая осевая нагрузка на породоразрушающий инструмент.

Ниже приведены основные параметры телескопных перфораторов, выпуск которых предусмотрен ГОСТ 18093–79Е, и перфораторов ПТ29М и ПТ36М, выпускавшихся Криворожским заводом горного оборудования «Коммунист» и еще находящихся* в эксплуатации.

Конструкции перфораторов. Конструкции переносных перфораторов мало отличаются друг от друга. Рассмотрим устройство одного из распространенных перфораторов ПП63В (рис. 2.10). Он состоит из цилиндра 1, ствола 2 и задней крышки 11, соединенных между собой стяжными болтами 10. с гайками. Поршень-ударник 3 под действием сжатого воздуха, поступающего попеременно в переднюю или заднюю относительно поршня полости цилиндра, совершает возвратно-поступательное движение. Очередность подачи сжатого воздуха регулируют клапанным воздухораспределительным устройством 15. В конце рабочего хода поршень-ударник своим штоком ударяет по хвостовику бура. При обратном ходе поршень-ударник с помощью механизма 9 поворачивает бур на некоторый угол. Для удаления из шпура разрушенной горной породы перфоратор имеет промывочное устройство 12, которое по промывочной трубке перфоратора, осевому каналу в штанге и отверстиям в коронке подает воду на забой шпура. Буродержатель 4 служит для центрирования бура в процессе бурения шпура и извлечения бура из шпура. Глушитель шума 16, выполненный из резины, установлен над выхлопными отверстиями, имеющимися в стенке цилиндра, и может поворачиваться относительно цилиндра, что позволяет направлять отработанный воздух в сторону от бурильщика.

Для поддержания перфоратора во время работы имеется рукоятка 8, соединенная с перфоратором через виброгасящее устройство 7. Оно представляет собой трубчатую металлическую конструкцию с пружинной системой 5 гашения вибрации. С поддерживающими устройствами перфоратор соединяют посредством кронштейна 6.

Сжатый воздух из магистрали или от компрессора поступает в перфоратор через кран 13, выполненный в виде пустотелой конусной пробки с отверстиями. Кран имеет четыре фиксированных положения: 1) доступ воздуха перекрыт, перфоратор не работает; 2) воздух поступает в ограниченном количестве, перфоратор работает не на полную мощность (положение рукоятки управления соответствует процессу забуривания шпура); 3) сжатый воздух поступает в максимальном количестве, перфоратор работает на полную мощность; 4) сжатый воздух по обводному каналу 14 подают в канал бура для интенсивной продувки шпура (поршень-ударник при этом неподвижен).

Воздухораспределительные устройства перфораторов.Воздухораспределение в современных пневматических перфораторах осуществляется посредством клапанов или золотников. Из клапанных наибольшим распространением пользуются устройства с кольцевыми клапанами.

Воздухораспределение кольцевым клапаном осуществляется следующим образом. К началу рабочего хода (рис. 2.11, а) клапан и поршень-ударник занимают крайнее левое положение. Сжатый воздух из сети через пусковой кран 1, канал 14 и отверстия 2 поступает в кольцевое пространство 5 клапанной коробки 3, откуда по кольцевому зазору между крышкой 6 клапанной коробки и ее корпусом – в заднюю полость 7 цилиндра 10 и, действуя на поршень-ударник 5, толкает его вперед. Воздух из передней полости 11 цилиндра через выхлопные отверстия 9 вытесняется в атмосферу.

Совершая рабочий ход, поршень-ударник в некоторый момент перекрывает выхлопные отверстия, и воздух, находящийся в передней полости цилиндра, начинает сжиматься, вследствие чего давление в каналах 12, 13 и в кольцевом пространстве 4 клапанной коробки повышается. Когда после прохода задней кромки поршня-ударника открываются выхлопные отверстия 9, давление в задней полости цилиндра резко падает. Клапан автоматически под действием более высокого давления слева перебрасывается в правое положение. Поршень своим штоком наносит удар по хвостовику бура. С этого момента начинается обратный ход поршня-ударника.

К началу холостого хода (рис. 2.11, б) сжатый воздух поступает в кольцевое пространство 5 клапанной коробки и по зазору между задней торцовой поверхностью клапана и корпусом клапанной коробки – в кольцевое пространство, откуда по каналам 13 и 12 – в переднюю полость цилиндра. Под действием давления сжатого воздуха поршень-ударник совершает обратный ход, а отработанный воздух из задней полости цилиндра через выхлопные отверстия 9 вытесняется в атмосферу.

В определенный момент поршень-ударник при обратном ходе полностью перекрывает выхлопные отверстия, и воздух, оставшийся в задней полости цилиндра, не имея выхода в атмосферу, начинает сжиматься. После того как передняя кромка поршня открывает выхлопные отверстия, давление в передней полости цилиндра, каналах 12, 13 и в кольцевом пространстве 4 клапанной коробки резко падает. Клапан под действием давления справа вновь перемещается в левое положение, а поршень под действием возникшей перед ним воздушной подушки останавливается. На этом один цикл работы перфоратора заканчивается.

Воздухораспределительное устройство (рис. 2.12) состоит из втулки 1, золотника 2, коробки 3 и крышки 4. В начале рабочего хода (рис. 2.12, а) золотник и поршень-ударник 6 находятся в крайнем левом положении. Сжатый воздух по каналам в золотнике и через отверстия в крышке поступает в заднюю полость 5 цилиндра. Под действием сжатого воздуха поршень перемещается вправо – выполняет рабочий ход. По мере движения он открывает специальный канал 10, по которому сжатый воздух начинает поступать в левую кольцевую полость золотниковой коробки и в определенный момент передвигает золотник вправо. При дальнейшем движении поршня открываются выхлопные отверстия 9, и сжатый воздух выходит из полости 5 в атмосферу.

Поршень, продолжая движение по инерции, в конце рабочего хода ударяет по хвостовику бура.

Затем начинается обратный ход поршня (рис. 2.12, б). Сжатый воздух, поступая по каналу 7 в правую полость цилиндра, начинает перемещать поршень влево. Поршень открывает канал 11, сжатый воздух поступает в правую часть золотниковой коробки и под действием давления на золотник справа передвигает его влево. В дальнейшем, перемещаясь влево, поршень открывает выхлопные отверстия 9, и отработанный воздух из правой полости 8 будет поступать в атмосферу. На этом один цикл работы перфоратора с золотниковым воздухораспределением заканчивается.

Таким образом, в золотниковых воздухораспределительных устройствах золотник перемещается под действием сжатого воздуха, поступающего из основного воздухоподводящего канала по специальным дополнительным каналам, поэтому золотниковое воздухораспределение характеризуется меньшим расходом воздуха, чем клапанное, большим к. п. д., позволяет получить большую энергию удара и крутящий момент, но не обеспечивает такой же, как у клапанных, частоты ударов, поскольку собственная масса золотника больше, чем клапана. Следовательно, золотниковое воздухораспределение целесообразно применять на тяжелых бурильных машинах, предназначенных для бурения шпуров в крепких породах.

Механизм зависимого поворота бура состоит (рис. 2.13) из храповой буксы 1 с внутренними зубьями, жестко связанной с цилиндром перфоратора штифтом; храпового стержня 6 со специальной (геликоидальной) нарезкой на конце; поршня 3, на штоке которого имеются шлицевые пазы; гайки 2, впрессованной в васточку поршня, с такой же геликоидальной нарезкой, как и у храпового стержня; поворотной муфты 4, состоящей из двух частей (ведущей и ведомой), соединенных торцовыми кулачками. В шестигранное отверстие ведомой части муфты вставляется хвостовик бура 5, ведущая часть имеет на внутренней поверхности шлицевые пазы и гребни для соединения со штоком поршня. Головка храпового стержня 6 размещается в храповой буксе 1. Наличие собачек 7, прижимаемых к зубьям храповой буксы подпружиненными пластинками 5, допускает вращение храпового стержня только в одну сторону.

При рабочем ходе повороту бура препятствуют сопротивления бура, прижатого к забою осевой нагрузкой, поворотной буксы и самого поршня. Храповой стержень, не встречая сопротивления, поворачивается относительно поршня и храповой буксы вместе с собачками на некоторый угол. При обратном ходе поршня храповой стержень не может повернуться относительно храповой буксы, поскольку этому препятствуют собачки, упирающиеся в зубья храповой буксы, поэтому поворачивается поршень-ударник, а вместе с ним, через поворотную буксу, и буровой инструмент на угол, величина которого зависит от шага геликоидальной нарезки и хода поршня (10–20°).

У современных колонковых перфораторов предусмотрено независимое вращение бурового инструмента.

Устройства для очистки шпура от шлама. В процессе бурения шпура перфораторами разрушенная горная порода, как и при других способах бурения, должна непрерывно удаляться из забоя. Своевременное и полное удаление разрушенной породы исключает повторное ее измельчение, уменьшает расход энергии и удельный износ бурового инструмента. Известны три способа очистки шпуров от шлама: 1) непрерывная промывка буримого шпура водой; 2) сухой пылеотсос; 3) продувка шпура сжатым воздухом. Из названных способов наиболее эффективна промывка шпуров водой, которая выполняет и другие функции, в том числе, охлаждает буровой инструмент.

Способ очистки шпура продувкой малоприемлем, поскольку при этом интенсивно загрязняется пылью атмосфера горной выработки. Эффективность этого способа очистки шпура существенно увеличивается при увлажнении воздуха, направляемого для продувки. В целом он менее эффективен по сравнению с промывкой шпуров водой.

Сухой пылеотсос технически сложнее, чем очистка шпура первыми двумя способами, а эффективность его ниже.

У современных перфораторов наиболее распространена осевая промывка шпуров. Устройство для осевой промывки (рис. 2.14, а) включает трубку 1, которая проходит через все детали по оси перфоратора и входит в осевой канал хвостовика бура 2. В трубку вода от сети поступает через заднюю крышку 3. Давление воды должно быть всегда на 0,1–0,2 МПа ниже рабочего давления сжатого воздуха. Это исключает попадание воды в полости со сжатым воздухом. Перфораторы с осевой промывкой могут быть оснащены специальным блокировочным устройством, связанным с рукояткой управления перфоратором и исключающим подачу воды в шпур при выключенном перфораторе. Если перфоратор не имеет автоматического устройства, то подачу воды в шпур регулирует бурильщик с помощью вентиля, встроенного в водоподающий рукав-перфоратора.

Устройство для боковой подачи воды (рис. 2.14, б) состоит из муфты 2 с уплотнениями 1 и 3. Вода подводится к кольцевой проточке муфты, расположенной между уплотнениями. Хвостовик бура 4 в этом случае имеет специальную форму. Муфту надевают на цилиндрическую часть хвостовика, расположенную между упорным буртиком и шестигранной частью. Осевой канал бура заглушен и не имеет выхода на торце хвостовика. Дополнительно на нем есть канал 5, в который и поступает вода из кольцевой полости муфты.

Устройства для смазки перфораторов.Все трущиеся детали перфоратора непрерывно смазывают. Масло в распыленном состоянии поступает в перфоратор от магистральной автомасленки, например типа ФАМ-1, МА-8, включаемой в воздухоподводящий рукав непосредственно у перфоратора или в нескольких метрах от него (при использовании автомасленки МА-8). Устройство автомасленки обеспечивает выдавливание сжатым воздухом через отверстие, перекрываемое регулировочной иглой, масла небольшими порциями. Автомасленку ежесменно заправляют маслом через отверстие, закрываемое резьбовой пробкой. Своевременная смазка и правильный выбор смазочного материала – важное условие высокопроизводительной, надежной работы перфораторов. Для их смазки применяют разные сорта масел в зависимости в основном от температуры окружающей среды: при низких температурах (от –40 до 4°) – вазелиновое; при средних – индустриальные; при высоких (от 24 до 40°) – компрессорное.

3. ТЕЛЕСКОПНЫЕ ПЕРФОРАТОРЫ

Телескопные перфораторы(рис. 2.15) отличаются от переносных наличием пневматического телескопического податчика и устройства, защищающего механизмы перфоратора от попадания в них шлама из шпура. Телескопический податчик состоит из цилиндра 13, поршня 11 со штоком 12, Упор 14 удерживает перфоратор от поворота при бурении и смещения по поверхности, на которой он установлен (почва выработки, рабочий полок и т. д). На перфораторе есть рукоятка управления подачей 10 с кнопкой для выпуска при необходимости сжатого воздуха из податчика без прекращения работы перфоратора.

Защиту узлов перфоратора от попадания в них шлама обеспечивают следующим образом. Буродержатель у перфоратора заменен грандбуксой 3, которую ввинчивают в поворотную буксу 4. Буровая штанга, выполняемая для телескопных перфораторов без буртика, удерживается в перфораторе в нужном положении благодаря наличию дополнительного бойка 5. Шламоуловитель 6 устанавливают на патроне 7 -перфоратора. Он улавливает воду, шлам и отводит их в сторону по рукаву 8. Попадание внутрь перфоратора стекающего шлама предотвращается благодаря подачи сжатого воздуха по специальной трубке 9, расположенной концентрично той, по которой вода поступает в шпур. Рукоятка 2 пускового крана, как и у переносных перфораторов, имеет четыре положения.

Как и в других перфораторах, под действием давления сжатого воздуха поршень совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре. В конце каждого рабочего хода поршень ударяет по хвостовику 17. Поочередная подача воздуха в рабочие камеры цилиндра обеспечивается автоматически с помощью клапана 23 мотылькового типа. Клапан удерживается от поворота штифтом 3, а центрируется втулкой 22. Стяжными болтами 27 с гайками 26 ударник соединяют с вращателем через втулку 18.

Вращатель гипоциклоидного типа предназначен для создания вращающего момента и передачи его буровому инструменту. Вращатель (см. рис. 2.16) состоит из статора 14, ротора 13 с впрессованным в него золотником 12, шпинделя 10, буксы 16, крышек 15 и 9. Статор 14 представляет собой шестерню с внутренними зубьями в виде поворачивающихся роликов 11. Ротор выполнен в виде шестерни с наружными круговыми зубьями и свободно помещен в статоре, зубья которого – опора ротора.

Вращатель работает следующим образом. Сжатый воздух по патрубку 29 с гайкой 30 в задней крышке 9 попадает в кольцевую полость «б» и далее по кольцевой проточке «а» в крышке 9 поступает в распределительное устройство, представляющее собой золотник 12 с винтовыми каналами «г», входные отверстия которых периодически, по мере обкатывания ротором 13 статора 14, сообщаются с кольцевой проточкой «а», выходные отверстия каналов «г» через отверстия «и» между зубьями «е» ротора соединяются с рабочими полостями «л» двигателя, образованными зубьями ротора и статора. Входные отверстия каналов «г» смещены относительно их выходных отверстий на 90°.

Благодаря эксцентрическому расположению ротора и связанного с ним золотника 12, а также относительному смещению входных и выходных отверстий каналов «г» золотника рабочие полости одной половины вращателя будут наполнены сжатым воздухом, а другой – соединены с атмосферой. Отработанный сжатый воздух сбрасывается через те же каналы «г» во внутреннюю полость вращателя и далее через канал в крышке 15 по патрубку в пульт управления, а затем в атмосферу.

Сжатый воздух, находясь в рабочих полостях одной половины вращателя, воздействует на ротор 13 и поворачивает его вокруг точки Е. Затем точка Д на соседнем зубе ротора оказывается в контакте со статором и становится центром вращения ротора и т. д. Таким образом ротор обкатывается по внутренней поверхности статора. Число зубьев ротора на единицу меньше числа зубьев статора, поэтому за одно полное обкатывание ротора происходит небольшое его угловое смещение. Именно в этом проявляется редукционное свойство вращателя.

Для преобразования планетарного перемещения ротора во вращательное движение шпинделя 10 относительно оси перфоратора шпиндель имеет круговые зубья «к», свободно входящие в круговые впадины «д» на внутренней поверхности ротора таким образом, что ротор имеет возможность радиального перемещения относительно шпинделя при обкатывании статора. - Для уменьшения трения в момент проскальзывания зубьев ротора относительно зубьев статора последние выполнены в виде вращающихся роликов 11. Конструкция вращателя обеспечивает реверсирование, направление вращения определяется подводом воздуха к передней или задней крышке вращателя. Частоту вращения шпинделя регулируют дросселированием сжатого воздуха.

Перфораторы ПК60 и ПК75 используют только в комплексе с подающими устройствами, обеспечивающими значительную осевую нагрузку, которая, например для перфоратора ПК60, составляет до 700 даН.

Разбирают перфоратор для осмотра и ремонта в следующей последовательности. Отворачивают гайки 26 (см. рис. 2.16), вынимают стяжные болты 27 и снимают крышку 1 ударника в сборе с гнездом клапана 2. Затем извлекают из цилиндра 19 поршень 8, снимают вращатель в сборе, цилиндр 19, втулку 18, крышку 15, извлекают шпиндель 10. Собирают перфоратор в последовательности, обратной разборке, неравномерное затягивание стяжных болтов может вызвать перекос, и перфоратор не будет работать, поэтому при затяжке болтов необходимо включить вращатель на малые обороты.